本期推送太原理工大学王学文教授发表于《煤炭学报》第6期的文章。为方便大家深入了解本文内容，《煤炭学报》邀请王学文教授通过视频对相关成果进行了详解。

文章信息为：

王学文,谢嘉成,郝尚清,等.智能化综采工作面实时虚拟监测方法与关键技术[J].煤炭学报,2020,45(6):1984-1996.

视频解析

创新点

（ 1 ）构建了煤层和装备的虚拟数字模型，建立了高仿真度综采虚拟场景，完成了装备与煤层的协同运行仿真与虚拟规划。 （ 2 ）建立了完善可靠的虚实交互通道，通过全面感知与处理装备信息，并基于分布式协同驱动模式，实现了物理装备实时驱动虚拟设备同步运行，完成了传感信息的虚实协同与调度。

（3）构架了复杂综采虚拟场景实时驱动框架，研究了基于底层模型与实时数据融合驱动的虚拟单机与多机协同配套运行方法，实现了传感数据与虚拟仿真运行信息的高精度融合。

作者简介

王学文，男，1979年4月生，工学博士，力学博士后，太原理工大学教授，博士生导师，国家公派留学回国人员；山西省“三晋英才”，山西省高等学校优秀青年学术带头人，山西省“131”领军人才优秀中青年拔尖创新人才，太原理工大学青年学术带头人，《煤炭学报》科学编辑；中国机械工程学会高级会员，山西省振动工程学会常务理事，中国煤炭学会矿山机电一体化专委会理事等；主持（完成）国家自然科学基金项目2项，省部级项目10余项。

研究方向

煤机装备设计理论与信息化技术

主要成果

主要研究领域包括煤机装备虚拟现实技术、“互联网+”煤机装备CAD/CAE、煤与装备的力学耦合关系等。在以上领域发表学术论文80余篇，授权（申请）国家发明专利10余项，出版学术著作3部（获国家科学技术学术著作出版基金1部），授权登记软件著作权40余项；在煤机装备设计理论与信息化技术领域获省部级科研奖4项，在实际应用中取得明显效益，为提高煤机装备设计效率和信息化水平提供了有力保障。

摘 要

针对数字化综采工作面的场景构建、虚实交互通道和虚拟模型驱动三大基础问题,提出一种面向智能化综采工作面的实时虚拟监测方法,对高可信度煤层装备联合虚拟仿真与协同规划、实时可靠信息获取与“虚实融合”通道构建技术和虚实融合与感知一致性呈现等方法进行研究,具体包括:
①基于Unity3D开发特点和模型所需特性,分别完成了三机装备数字模型和煤层顶底板模型的构建,将虚拟装备布置在虚拟煤层中,实现各装备之间的虚拟协同以及装备与煤层之间的关系构建,完成了虚拟煤层环境下的装备协同推进仿真并对装备群协同运行进行虚拟规划,实现了高仿真度综采虚拟场景的构建。
②在装备反映位姿信息的关键位置上布置传感器,通过一系列接口和通道,构建Unity3D与组态软件、数据库和计算软件之间的信息交互。采用分布式协同的驱动模式,优化了数据的传输处理,最终将综采装备的实时运行数据导入虚拟平台,驱动虚拟设备运行,实现了稳定可靠的传感信息协同与调度。
③构架了复杂综采虚拟场景实时驱动框架,研究了基于底层模型驱动虚拟单机关键技术,提出了采运装备协同仿真与实时数据驱动的方法、采煤机自动调高方法、刮板输送机和支架协同仿真与实时数据驱动方法、虚拟液压支架群的虚拟驱动方法以及动态透明工作面时空运动学实时分析方法,接着进行了虚拟监测界面设计,实现了传感数据与虚拟仿真运行信息高精度融合。
最后在实验室综采成套试验系统和样机试验平台上分别完成了相关试验,验证了三大模块联合运行的正确性和可靠性。试验表明,VR监测系统运行清晰流畅,虚实映射状态同步,可切换性好,呈现信息准确,后台数据库压力也较小,可以完成预期目标。在仿真运行中可实时提取出各装备与煤层运行的相关参数,完成高可靠性虚拟规划。

煤层装备配置方案

装备群协同运行虚拟规划框架

综采装备传感器构成、信息传输和集成示意

捷联惯导信号的实时传入过程

分布式与集中式协同绘制帧率与占用内存对比

驱动液压支架运行关键技术

采煤机和刮板输送机协同运行关系

浮动连接机构定义与关节设置

液压支架群协同运行

综采成套试验系统与VR监测

综采虚拟监测系统界面设计

综采VR监测实验室试验

综采三机样机试验平台

采运装备定位定姿虚拟仿真与虚实融合求解方法

实时提取装备与煤层运行数据

提取的煤层顶底板信息

规划仿真运行优化结果

来源：

王学文,谢嘉成,郝尚清,等.智能化综采工作面实时虚拟监测方法与关键技术[J].煤炭学报,2020,45(6):1984-1996.

WANG Xuewen,XIE Jiacheng,HAO Shangqing,et al. Key technologies of real-time virtual monitoring method for an intelligent fully mechanized coal-mining face[J].Journal of China Coal Society,2020,45(6):1984-1996.

责任编辑：郭晓炜编辑整理：郭晓炜审 核：常琛

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